物联网关键技术及建网策略研究

崔新凯

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 发展背景

2017年1月18日，工业和信息化部发布了《物联网发展规划（2016-2020年）》，明确提出要加快发展NB-IoT物联网。作为中国制造2025的重要一环，中国政府将物联网发展提上日程，除了大力支持各运营商积极开展NB-IoT窄带物联网的发展，推动工信部召集三大运营商以及中兴、华为等主流设备厂家，要求加快NB-IoT等物联网建设，支持各运营商和设备厂家联合积极开展试验，同时还明确表示NB-IoT建网无需另行颁发牌照，各运营商可在现有频段资源上自行开展测试和商用部署。国内三大运营商均在2016年加快启动了NB-IoT的物联网建设。随着未来几年移动通信从4G向5G网络的演进，工业革命开始向万物互联迈进，物联网发展驶入快车道，市场空间广阔，将成运营商新的蓝海。

1.1 技术选择

目前物联网解决方案包括蜂窝和非蜂窝两大类。

蜂窝类主要包括NB-IoT和eMTC，覆盖距离较长，都是LTE系统的简化版，NB-IoT采用200 kHz超窄带设计，FDD工作模式，覆盖能力强，成本较低，支持超大连接、小区重选，但不支持切换和语音，适合发展窄带物联网低速率业务；eMTC占LTE 1.4 MHz带宽，支持FDD和TDD两种模式，支持语音业务、切换，适合发展宽带物联网中速率业务。蜂窝类适合运营商全网部署。

非蜂窝类主要是短距与超短距的物联网技术，Wi-Fi、ZigBee、NFC、蓝牙及非授权频段的Lora、Sigfox、室外干扰不可控，不适合运营商全网部署。

1.2 技术对比

NB-IoT和eMTC技术，两者的技术定位、双工模式、空口技术等各不相同，技术对比见表1。

1.3 性能对比

NB-IoT：在覆盖、成本、连接数等方面性能最优，但难以满足中高速移动性、中高速率、语音等业务需求，如物流追踪、视频监控、手环（带语音）等应用场景。

表1 NB-IoT和eMTC技术对比

eMTC：覆盖及初期模组成本弱于NB-IoT，优势是峰值速率、移动性，语音能力。

NB-IoT和eMTC性能对比见表2。

1.4 应用场景对比

NB-IoT有覆盖、成本和容量优势；eMTC有吞吐量、移动性和时延优势。物联网应用中低速率的应用连接数占据绝对的优势，eMTC和NB-IoT都是针对物联网低功耗低速率应用的通信技术，技术参数（如应用速率、覆盖增强能力、移动性、定位能力等）的不同，直接导致了eMTC和NB-IoT应用场景存在较大的差异。eMTC属于LTE FDD的延续，是LTE FDD的一项子功能，可在现有LTE FDD网络基础上进行软件升级或小成本的硬件升级。而对于NB-IoT，因和TD-LTE机制存在较大差异，需新增基带板，硬件改动较大。

NB-IoT和eMTC具有覆盖强、低功耗、大连接、低成本的特点，适合运营商大规模部署，是运营商普遍选用的蜂窝物联网技术。NB-IoT生态正在以一种势不可挡的态势快速成型。

2 建网策略

2.1 业务网络架构

蜂窝物联网的业务网络架构已非常清晰，如图1所示。

表2 NB-IoT和eMTC性能对比

2.2 建网思路

联通和电信都已经开展物联网的建设，中国移动目前是坚持“以终为始、整体规划、分步实施”的建设思路。主要从以下几个方面考虑。

需求发现：梳理业务类型、业务来源，精确需求发现从而确立建网目标，是打造优质网络的重要第一步。

需求分析：物联网业务终端的分布可能与个人移动网的用户分布差别较大，网络建设应注重与业务的衔接，尤其要对业务类型和具体需求有深入分析。

频段与制式选择：需考虑相关技术（频率、覆盖能力）、产业发展程度、建设（新建和改造）、投资、政策等因素，并分析其优劣势。

网络覆盖需求：分析物联网终端的分布区域，确定合理网络规划指标。

站址规划：网络规划中最重要的内容，如何考虑基于中国移动已有的站址资源开展站址选择规划，保证良好的覆盖质量，并协同好网络建设与网络发展的关系。

主设备建设问题：中国移动无线网络已有GSM900/1800、TD-SCDMA、TD-LTE几张网络，如何考虑现网设备升级与新增设备建设。

天馈建设问题：天线在整个无线系统中起到了极为重要的作用。在天线选择时应坚持性能优先的原则，同时要考虑工程实施难度。

2.3 频率规划

蜂窝物联网建设初期，中国移动NB-IoT（SA）采用同频组网，频率采用953.7-953.9 MHz，按Standalone的方式进行蜂窝物联网建设。

为了便于频点规划组网，NB-IoT全网采用统一频率部署方案。尽可能减少Refarming过程，尽可能降低系统间干扰风险，如低端与铁路GSM-R及电信cdma800的干扰，高端的自身互调干扰。考虑到NB（SA）功率谱密度高，部署在左侧对铁路GSM-R干扰严重，因此使用最右侧高端0.6 MHz。

2.4 建网方案

目前中国移动的NB-IoT无线网建设有两种方式：基于GSM基站的建设方式和基于TDD站点的建设方式。其中基于GSM基站的建设方式包括现网升级、替换或新增设备，天馈需利旧或者替换；基于TDD站点的建设方式包括利旧现网BBU、新增BBU设备，天馈则必须替换或新建，同时必须新增支持NB/FDD的RRU。3种建设方式对比分析如表3所示。

2.5 典型应用场景

图1 蜂窝物联网业务网络架构

表3 3种建设方式对比分析

应用主要聚焦在智能家居、智能楼宇、智能抄表、市政物联和物流追踪五大领域（约占LPWA总连接90%）。主要的覆盖需求集中在住宅、商业楼宇、室外、地表下4种。例如，水电燃气抄表、家庭安防、电梯监控等应用主要集中在住宅内且有深度覆盖需求；智能停车、移动POS等应用主要集中在商业楼宇且有深度覆盖需求；共享单车、智能路灯、物流追踪等应用主要是室外的覆盖；供水漏损治理等管网监控应用对地表下的覆盖需求。

3 结束语

万物互联时代加速到来，为电信运营商实现新增长提供了重要机遇。万物互联的关键技术已日趋成熟，依托无处不在的网络，推动实现人及所有物体的普遍连接，信息通信业特别是基础电信企业将迎来实现网络价值新增长的历史机遇。根据有关预测，未来5年，中国市场的连接数有望突破100亿，市场规模预计将达到万亿元量级。基于以上行业背景，中国移动聚焦物联网重点行业，计划在多个城市开展蜂窝物联网建设，做大连接规模，保持行业领先地位。

[1] 戴国华, 余骏华. NB-IoT产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J]. 移动通信，2016,40(7):31-36.

[2] 曹钟慧. 运营商角度的物联网技术发展应用浅析[J]. 移动通信，2016,40(15):30-35.

[3] 秦敏, 刘宁, 赵飞. 浅析物联网发展对通信的影响[J]. 通信设计与应用，2016,23(4):102-102.